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『궁리하는 과학』시리즈 4권《생명이란 무엇인가: 정신과 물질》. 이 책은 노벨 물리학상수상자인 에르빈 슈뢰딩거의 생명에 관한 고찰을 담은 역작을 번역한 것으로 '생명이란 무엇인가'와 '정신과 물질' 외에도 그가 세상을 뜨기 전 직접 작성한 짧은 에세이도 한 편 들어있다.

《생명이란 무엇인가: 정신과 물질》은 분자 생물학과 DNA 발견에 결정적인 역할을 한 것으로 생명 안에서 일어나는 사건들을 물리와 화학으로 어떻게 설명할 수 있는지, 또한 뇌의 어떤 역할들이 인간의 정신에 연결되었는가에 대하여 서술한다. 물리적 기초와 지식, 과학과 종교를 넘어선 다방면으로의 다양한 지식을 통해 정신과 물질, 생명에 관하여 상세하게 풀어낸다.

노벨 물리학상 수상자, 에르빈 슈뢰딩거의 ‘생명에 관한 통찰을 한 권의 책으로 만난다!’

* 더 이상 설명이 필요없는 과학 고전, 「생명이란 무엇인가」
* 생명현상을 철학의 영역까지 확대한, 「정신과 물질」 (국내 초역)
* 바람둥이로 소문난 슈뢰딩거가 세상을 뜨기 두 달 전 직접 작성한, 「내 삶의 스케치」


DNA의 발견과 분자생물학의 탄생에 결정적 영향을 끼친
20세기 최고의 과학 고전 「생명이란 무엇인가」

「생명이란 무엇인가」는 슈뢰딩거가 더블린 고등학술연구소의 후원으로 1943년 2월 아일랜드 더블린 트리니티 칼리지에서 일반 대중을 대상으로 행한 강연을 기초로 저술한 책이다.
슈뢰딩거가 이 책에서 답하고자 한 질문은 “살아 있는 유기체의 공간적 경계 안에서 일어나는 시간과 공간 속의 사건들을 물리학과 화학으로 어떻게 설명할 수 있을까?”이다. 지난 세기 동안 분자생물학자들이 이룬 뛰어난 업적 덕분에 오늘날 우리는 유기체의 물질적인 구조와 기능에 대해 충분히 많은 것을 알게 되었으나, 여전히 유기체 내부의 시간과 공간 속에서 일어나는 일들을 설명할 수 없다는 사실이 더욱 자명해졌다. ‘생김새’는 확인했지만 그 ‘이유’를 아직 알 수 없는 것이다. 그래서 슈뢰딩거의 저작은 유전학이 제대로 자리를 잡기 이전의 책이지만 생명에 대한 탐구에 있어서 근본적인 성찰을 제공한다.
그의 저작은 실제로 DNA 발견과 이에 따른 분자생물학의 탄생에 결정적 역할을 했다. 출간 당시 물리학자들 사이에서 ‘패러독스’로 불리던 생명복제현상의 핵심 메커니즘에 대한 풍부한 유비를 제공했고, ‘생명현상 역시 물리법칙으로 해명할 수 있다’는 강한 신념을 불어넣어주었다. 이 신념이 이후 생명현상을 분자적 관점에서 접근하는 패러다임을 만들어냈다. 실제로 생물학에서 근본적인 업적을 남긴 많은 과학자들, 이를테면 홀데인이나 크릭은 슈뢰딩거가 이 책에서 보여준 폭넓은 사고에서 많은 영향을 받았다고 고백했다.
물론 이 책에는 오늘의 과학적 성과에서 볼 때 잘못된 과학적 지식에 기반한 것도 상당수 있다. 하지만 생명에 관한 근원적 질문, 생명 연구에 관한 방향은 제대로 짚은 것이다. 슈뢰딩거의 강연이 있은 지 50년 후인, 1993년 9월 로저 펜로즈, 스티븐 제임스 굴드, 제러드 다이아몬드 등, 세계적인 석학들이 같은 장소에 모여, ‘슈뢰딩거의 주장은 과연 옳았는가’에 대해 길고 진지한 논쟁을 벌였고, 그 논의의 결과물을 『생명이란 무엇인가, 그후 50년』이란 책으로 펴낸 것에서도 이는 충분히 뒷받침된다.
총 일곱 장으로 구성된 이 글에서 저자는 생명의 신비를 풀고자 하는 과학자가 맞닥뜨릴 수 있는 중요한 개념적 논제들을 통계물리학과 양자물리학을 사용해 명확하고 간결하게 제시한다. ‘유전자는 왜 변하지 않는가’, ‘유전자는 어떻게 복제될 수 있는가’, ‘생명체는 어떻게 그 자체가 붕괴되려는 경향에 맞서는가’, ‘의식과 자유의지의 본질은 무엇인가’ 등 과학적이면서도 철학적인 물음을 제시하고 해결의 실마리를 보여준다.
후기 부분에서는 생명의 문제를 넘어 물질과 정신의 관계에 대해 철학적으로 논하고 있다. 당시로서는 파격적인 글이었으며, 이는 이후에 저술된 「정신과 물질」의 예고편이기도 하다.


생명은 물질에서 나왔다. 그렇다면 인간 정신은 생명과 물질을 다 이해할 수 있을까?
― 까마득한 옛날부터 탐구했던 정신과 물질과의 관계에 대한 탁월한 식견

「정신과 물질」은 1956년 10월 케임브리지 트리니티 칼리지에서 그를 대신해 존 위즈덤이 읽은 강연 원고를 기초로 만들어졌다.
슈뢰딩거는 생명을 논하면서 그 심층까지 들어가 우리의 정신활동을 다루고자 했다. 「정신과 물질」에서 그는 오랫동안 탐구해온 자신의 이러한 주제에 대해 본격적으로 펼쳐 보인다. 이 글은 국내에는 처음 소개되는 슈뢰딩거의 저서로, 물리학자로서 생명을 바라보던 그가 정신이라는 추상적 영역까지 연구의 영역을 넓혔다는 점에서 의미하는 바가 크다.
생명현상을 정신적 영역까지 확대한 점은 오늘날 뇌신경학을 위시한 과학의 여러 분야에서도 혁신적으로 시도되는 또 하나의 새로운 패러다임이다. 이 두 번째 글을 통해 까마득한 옛날부터 철학자들이 탐구했지만 해명하지 못한 정신과 물질의 관계에 대한 탁월한 식견을 볼 수 있다.
슈뢰딩거는 세계가 우리의 감각과 지각 그리고 기억으로 구성된다고 말하고 있다. 그리고 ‘뇌에서 일어나는 과정은 어떤 특징들이 있기에 그렇게 특별하고, 그 안에서 세계를 구현하는가?’, ‘어떤 물질적인 과정이 그런 능력을 가지고 있고, 어떤 과정이 그렇지 않은지 알아낼 수 있을까?’ 더 간단히 말해 ‘어떤 종류의 물질적 과정이 의식과 직접 연결될까?’라는 질문을 던진다.
총 여섯 장으로 이루어진 본문에서 그는 의식의 물리적 기초, 지식의 미래, 객관화의 원리, 과학과 종교, 감각의 신비에 대해 논한다. 「생명이란 무엇인가」에서 과학자라는 구속 때문에 다하지 못한 그의 생각을 자유롭게 펼친다. 여기서 그는 ‘과감하게도’ 과학하는 정신 자체를 논의의 주제로 삼고 있다. 물질과 정신 사이의 이음새를 논하며 의식과 감각, 과학의 객관화 원리, 진화, 정신의 단일성, 종교 등 과학의 경계를 넘어 진리를 사유하는 것이다.

추천사
서문

생명이란 무엇인가

1장 | 주제에 대한 고전물리학자의 접근
이 연구의 일반적인 특징과 목적
통계물리학. 구조의 근본적인 차이
주제에 대한 소박한 물리학자의 접근
원자들은 왜 그토록 작은가
유기체의 작동을 위해서는 엄밀한 물리법칙들이 필요하다
물리법칙은 원자들의 통계적 행동에 의존하며, 따라서 근사적일 뿐이다
그 법칙들의 정확도는 관련된 원자들의 개수가 많음에 의존한다. 첫 번째 예. 상자성
두 번째 예. 브라운 운동, 확산
세 번째 예. 측정 정확도 한계
√n 규칙

2장 | 유전 메커니즘
고전물리학자의 예상은 전혀 사소하지 않으며, 오류이다
유전 암호문서(염색체)
세포분열(체세포분열)을 통한 몸의 성장
체세포분열에서 모든 염색체가 각각 복제된다
감수분열과 수정(배우자 합체)
반수체 개체들
감수분열의 막대한 중요성
교차. 특성이 있는 자리
유전자의 최대 크기
작은 수
영속성

3장 | 돌연변이
‘뛰어넘기식의’ 돌연변이 - 자연선택의 터전
돌연변이는 정말로 번식한다. 즉 완벽하게 유전된다
위치 측정. 열성과 우성
몇 가지 전문용어의 도입
근친교배의 해로운 효과
일반적이고 역사적인 언급
돌연변이가 드문 사건이어야 하는 이유
X선으로 일으킨 돌연변이
첫 번째 법칙. 돌연변이는 단일 사건이다
두 번째 법칙. 사건의 국소성

4장 | 양자역학적 증거
고전물리학으로 설명할 수 없는 영속성
양자이론으로 설명할 수 있다
양자이론 - 띄엄띄엄 상태 - 양자 뛰어넘기
분자
분자의 안정성은 온도에 따라 달라진다
수학적인 간주곡
첫 번째 보완
두 번째 보완

5장 | 델브뤼크 모델에 대한 논의와 검증
유전물질에 대한 일반적인 생각
이 이론의 유일성
몇 가지 전통적인 오해
물질의 여러 ‘상태’
정말로 중요한 구분
비주기적 고체
작은 암호문 속에 압축된 내용의 다양성
사실들과의 대조 : 안정성의 정도, 돌연변이의 불연속성
자연적으로 선택된 유전자의 안정성
돌연변이체는 때때로 안정성이 낮을 수 있다
온도는 불안정적인 유전자에 더 큰 영향을 끼친다
X선이 돌연변이를 일으키는 방식
X선 유발 돌연변이율은 자발적 돌연변이율과 무관하다
가역적인 돌연변이

6장 | 질서, 무질서 그리고 엔트로피
델브뤼크 모델에서 나오는 놀라운 일반적 결론
질서에 기반을 둔 질서
살아 있는 물질은 평형상태로의 파멸을 벗어난다
살아 있는 물질은 ‘음의 엔트로피’를 먹는다
엔트로피란 무엇인가
엔트로피의 통계물리학적 의미
환경으로부터 ‘질서’를 추출함으로써 존속하는 유기체
6장에 대한 부언

7장 | 생명은 물리학 법칙들에 기반을 두는가
유기체 속에 있으리라 기대되는 새로운 법칙들
생물학적인 상황에 대한 재검토
물리학적인 상황의 요약
뚜렷한 대비
질서를 산출하는 두 가지 방식
그 새로운 원리는 물리학과 다른 별종이 아니다
시계의 작동
시계의 작동도 결국 통계적이다
네른스트의 정리
추시계는 사실상 절대 0도에 있다
시계와 유기체의 관계
후기


정신과 물질

1장 | 의식의 물리적 기초
문제
잠정적인 대답
윤리

2장 | 지식의 미래
막다른 생물학적 골목?
다윈주의의 우울한 듯한 전망
행동은 선택에 영향을 끼친다
가장된 라마르크주의
습성과 솜씨의 유전적 정착
지적인 진화를 가로막는 위험 요소들

3장 | 객관화의 원리
4장 | 산술적인 역설 : 정신의 단일성
5장 | 과학과 종교
6장 | 감각의 신비

내 삶의 스케치

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옮긴이의 말